过渡金属硫化物如:二硫化钼、二硫化钨、二硒化钨和二硒化钼构成的二维材料,具有优异的光学与电学性能,可调的光子带隙结构,已经成为纳米光电子材料器件研究领域的研究热点之一。单层过渡金属硫化物具有直接带隙,其在可见光波段,自由空间单层二硫化钼的吸收为10-20%。近年来,基于二硫化钼的光、电学器件研究蓬勃发展,在能源、光电检测、生物传感等领域显示出重要的应用价值。本文结合数值仿真与理论分析,系统地研究了基于二硫化钼-光栅复合结构的光学强吸收特性,设计了三种不同的共振吸收结构,利用不同的物理机制实现了可见光波段可调的光学全吸收。本文主要内容如下:(1)系统研究了二硫化钼的光学特性,综述了基于二硫化钼或其他二维材料的相关科研工作和理论基础,简述了基本的数值计算常用方法。(2)设计了一种基于二硫化钼-金属纳米槽光栅复合结构的光学吸收器件。利用二硫化钼在可见光波段较大的损耗系数,结合金属纳米槽光栅激发的磁共振机制和临界耦合理论,实现了可见光波段的完美吸收。对于该器件,可以通过改变结构参数实现对共振波长的选择特性,可以实现在大角度范围内共振波长基本不变的高吸收特性,同时,可以将该结构通过优化参数用于增强光与其他过渡金属硫化物之间的相互作用,实现高吸收特性。该器件结构的设计对于基于二维材料和异质结器件中增强光与物质之间的相互作用,对于光电检测、基于过渡金属硫化物的吸收与照明器件有着重要的发展前景。(3)设计了一种基于二硫化钼/介质光栅/介质平板层/完美电导体基底的复合结构。利用导模共振机制和临界耦合理论实现了器件在可见光范围内双通道的完美吸收,由于器件中只有二硫化钼为唯一的损耗通道,因此吸收全部被二硫化钼本身吸收。通过改变结构参数,改变器件的有效折射率,使得共振波长发生蓝移或红移现象,实现对器件吸收特性的调节作用。同时,可以通过改变入射角实现器件双通道、三通道的高吸收转变。该工作极大的增强了光与二硫化钼之间的相互作用强度,对于基于二硫化钼光电器件的太阳能电池、多通道吸收的调制器中有着极大的发展潜力。(4)设计了一种基于介质矩形二聚体/金属衬底的复合结构。利用两个二聚体之间相反方向的光波干涉相消产生的驻波,和介质矩形二聚体-金属表面产生的局域表面等离激元形成的杂化模激发了在可见光和近红外波段的全吸收,该共振吸收具有窄线宽、高品质因子(>1900)的优势,且数值仿真和耦合模理论计算相互吻合。通过调节结构参数,可以改变对共振波长位置的选择。此外,共振波长的移动随环境折射率的改变呈现出线性变化,具有较高的折射率灵敏度(~675nm/RIU)。利用二聚体间隙产生的强局域场,实现了二维材料,如石墨烯、二硫化钼等的高吸收。该共振结构能产生具有极高品质的表面晶格振动,其在光学窄带滤波器、环境检测、拉曼散射增强等领域有着重要的应用价值。